(57)【要約】  ＮＳＲ触媒とＳＣＲとを備える内燃機関において、ＮＯｘの吹き抜けによるエミッション悪化を抑制することのできる内燃機関の排気浄化システムを提供する。  リーンバーン運転が可能な内燃機関１０の排気浄化システムであって、排気通路１２に配置されたＮＳＲ触媒１６と、ＮＳＲ触媒１６の下流に配置されたＳＣＲ１８と、ＳＣＲ１８の下流に配置され、ＮＯｘ濃度に応じた出力を発するＮＯｘセンサ２６と、リッチスパイクを実行するリッチスパイク手段と、を備え、ＮＯｘセンサ２６が所定のＮＯｘ濃度より高い出力特性を発した場合に、リッチスパイク時の排気ガスに含まれるＮＯｘ量を増加させる。好ましくは、所定の高負荷運転である場合には、所定のタイミングのリッチスパイク時の空燃比をストイキに制御する。また、所定の低負荷運転である場合には、リッチスパイク時のガス量を増加させる。
2011061820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リーンバーン運転が可能な内燃機関の排気浄化システムであって、
前記内燃機関の排気通路に配置されたＮＯｘ吸蔵還元触媒（以下、ＮＳＲ触媒）と、
前記ＮＳＲ触媒の下流に配置されたＮＯｘ選択還元触媒（以下、ＳＣＲ）と、
前記ＳＣＲの下流に配置され、ＮＯｘ濃度に応じた出力を発する排気ガスセンサと、
リーンバーン運転中の所定のタイミングでリッチスパイクを実行するリッチスパイク手段と、
前記排気ガスセンサが所定のＮＯｘ濃度より高い出力特性を発した場合に、前記リッチスパイク時の排気ガスに含まれるＮＯｘ量を増加させるＮＯｘ量増加手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２】
前記ＮＯｘ量増加手段は、
前記内燃機関が所定の高負荷運転である場合に、所定のタイミングの前記リッチスパイク時の空燃比をストイキに制御するストイキスパイク手段を含むことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３】
前記ＮＯｘ量増加手段は、
前記内燃機関が所定の低負荷運転である場合に、前記リッチスパイク時のガス量を増加させるガス量増加手段を含むことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４】
前記内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御手段と、
前記ＮＳＲ触媒の床温を取得する床温取得手段と、を更に備え、
前記ＮＯｘ量増加手段は、
前記内燃機関が所定の高負荷運転であり、且つ、前記ＮＳＲ触媒の床温が所定の温度より高い場合に、前記リッチスパイク時の前記点火時期をＭＢＴよりも進角させる点火時期進角手段を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項５】
前記ＮＯｘ量増加手段は、
前記内燃機関が所定の低負荷運転である場合に、前記リッチスパイク時の空燃比をスライトリッチに制御するスライトリッチ手段を含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項６】
前記排気通路の排気ガスの一部を前記内燃機関の吸気通路へ還流させるＥＧＲ手段を更に備え、
前記ＮＯｘ量増加手段は、
前記内燃機関が所定の低負荷運転であり、且つ、前記リッチスパイクの実行中に、前記ＥＧＲ手段の実行を禁止する手段を含むことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項７】
１行程中の燃料噴射を複数回に分けて行うマルチ噴射手段を更に備え、
前記ＮＯｘ量増加手段は、
前記内燃機関が所定の低負荷運転であり、且つ、前記リッチスパイクの実行中に、前記マルチ噴射手段を実行する手段を含むことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項８】
前記排気ガスセンサが所定のＮＯｘ濃度より低い出力特性を発した場合に、前記ＮＯｘ量増加手段の実行を禁止する禁止手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の排気浄化システムに係り、特に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒とＮＯｘ選択還元触媒とを備える内燃機関の排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば日本特開２００１−２７１６７９号公報に開示されるように、内燃機関の排気通路にＮＯｘ吸蔵還元触媒（以下、「ＮＳＲ触媒」と称する）を備えるシステムが知られている。ＮＳＲ触媒は、内燃機関から排出される燃焼ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を触媒内部に吸蔵する吸蔵機能と、ＮＯｘおよび炭化水素（ＨＣ）等を浄化処理する触媒機能と、を備えた触媒である。内燃機関がリーン空燃比で運転される場合には、ＮＯｘを多量に含む排気ガスが排出される。このため、上記のＮＳＲ触媒は、このＮＯｘをその内部に吸蔵して、該ＮＯｘが触媒下流へ放出される事態を抑制する。【０００３】
ここで、ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘは、所定のタイミングで浄化処理される。より具体的には、上記従来のシステムでは、内燃機関から未燃成分を一時的に排出するリッチスパイクを実行する。これにより、該触媒内のＮＯｘと未燃成分とを該触媒内で反応させる。【０００４】
リッチスパイクの開始によって内燃機関から多量の未燃成分が排出されると、ＮＳＲ触媒の下流に放出される排気ガスは、該触媒中に未燃成分によって還元されるべきＮＯｘが残存している間はストイキ雰囲気となる。その後、触媒内に吸着していたＮＯｘの還元が完了すると、未燃成分が触媒下流に放出されるため、排気ガスはリッチ雰囲気に変化する。上記従来のシステムでは、このような触媒下流の排気ガスのリッチ雰囲気への変化を酸素濃度や窒素酸化物濃度から検出して、その検出タイミングでリッチスパイクを終了することとしている。これにより、過剰なリッチスパイクの実行を防止することができるので、燃費悪化を抑制することができる。【０００５】
【特許文献１】日本特開２００１−２７１６７９号公報
【特許文献２】日本特開２００９−１１４８７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来のシステムでは、ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘをリッチスパイクによって処理することとしている。しかしながら、リッチスパイクの実行時においては、吸蔵されていたＮＯｘの一部が該触媒下流に放出されてしまう場合がある。すなわち、リッチスパイクが実行されてＮＳＲ触媒内に還元剤である未燃成分が導入されると、吸蔵されていたＮＯｘが脱離して触媒上で反応する。この際、脱離したＮＯｘの一部は、触媒上で浄化されずに該触媒下流に吹き抜けてしまう。【０００７】
この吹き抜けＮＯｘを浄化する方法としては、ＮＳＲ触媒の下流側にＮＯｘ選択還元触媒（以下、「ＳＣＲ」と称する）を配置する方法が考えられる。ＳＣＲは、主としてＮＳＲ触媒内で生成されるＮＨ３をその内部に吸蔵している。このため、ＳＣＲによれば、ＮＳＲ触媒の下流に吹き抜けてきたＮＯｘをＮＨ３で選択的に還元して浄化することができる。【０００８】
ここで、ＳＣＲに蓄えられたＮＨ３が不足すると、該ＳＣＲにおけるＮＯｘ浄化性能が低下してしまう。このため、ＮＨ３の生成メカニズムを解明することにより多量のＮＨ３を生成することのできるシステムを構築し、ＮＨ３の不足によるエミッションの悪化を抑止することが望まれていた。【０００９】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ＮＳＲ触媒とＳＣＲとを備える内燃機関において、ＮＯｘの吹き抜けによるエミッション悪化を抑制することのできる内燃機関の排気浄化システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、リーンバーン運転が可能な内燃機関の排気浄化システムであって、
前記内燃機関の排気通路に配置されたＮＯｘ吸蔵還元触媒（以下、ＮＳＲ触媒）と、
前記ＮＳＲ触媒の下流に配置されたＮＯｘ選択還元触媒（以下、ＳＣＲ）と、
前記ＳＣＲの下流に配置され、ＮＯｘ濃度に応じた出力を発する排気ガスセンサと、
リーンバーン運転中の所定のタイミングでリッチスパイクを実行するリッチスパイク手段と、
前記排気ガスセンサが所定のＮＯｘ濃度より高い出力特性を発した場合に、前記リッチスパイク時の排気ガスに含まれるＮＯｘ量を増加させるＮＯｘ量増加手段と、
を備えることを特徴とする。【００１１】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記ＮＯｘ量増加手段は、
前記内燃機関が所定の高負荷運転である場合に、所定のタイミングの前記リッチスパイク時の空燃比をストイキに制御するストイキスパイク手段を含むことを特徴とする。【００１２】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記ＮＯｘ量増加手段は、
前記内燃機関が所定の低負荷運転である場合に、前記リッチスパイク時のガス量を増加させるガス量増加手段を含むことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化システム。【００１３】
また、第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御手段と、
前記ＮＳＲ触媒の床温を取得する床温取得手段と、を更に備え、
前記ＮＯｘ量増加手段は、
前記内燃機関が所定の高負荷運転であり、且つ、前記ＮＳＲ触媒の床温が所定の温度より高い場合に、前記リッチスパイク時の前記点火時期をＭＢＴよりも進角させる点火時期進角手段を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化システム。【００１４】
また、第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、
前記ＮＯｘ量増加手段は、
前記内燃機関が所定の低負荷運転である場合に、前記リッチスパイク時の空燃比をスライトリッチに制御するスライトリッチ手段を含むことを特徴とする。【００１５】
また、第６の発明は、第１乃至第５の何れか１つの発明において、
前記排気通路の排気ガスの一部を前記内燃機関の吸気通路へ還流させるＥＧＲ手段を更に備え、
前記ＮＯｘ量増加手段は、
前記内燃機関が所定の低負荷運転であり、且つ、前記リッチスパイクの実行中に、前記ＥＧＲ手段の実行を禁止する手段を含むことを特徴とする。【００１６】
また、第７の発明は、第１乃至第６の何れか１つの発明において、
１行程中の燃料噴射を複数回に分けて行うマルチ噴射手段を更に備え、
前記ＮＯｘ量増加手段は、
前記内燃機関が所定の低負荷運転であり、且つ、前記リッチスパイクの実行中に、前記マルチ噴射手段を実行する手段を含むことを特徴とする。【００１７】
また、第８の発明は、第１乃至第７の何れか１つの発明において、
前記排気ガスセンサが所定のＮＯｘ濃度より低い出力特性を発した場合に、前記ＮＯｘ量増加手段の実行を禁止する禁止手段を更に備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
第１の発明によれば、ＳＣＲの下流側のＮＯｘ濃度が所定のＮＯｘ濃度よりも高い場合に、リッチスパイク時の排気ガスに含まれるＮＯｘ量が増量される。リッチスパイク時に触媒に流入するＮＯｘ量が多量であるほど、該触媒において多量のＮＨ３が生成され易い。このため、本発明によれば、ＳＣＲにおいてＮＨ３が不足している場合に、多量のＮＨ３をＳＣＲに供給することができるので、ＳＣＲにおけるＮＨ３不足によるＮＯｘエミッションの悪化を効果的に抑制することができる。【００１９】
第２の発明によれば、内燃機関に所定の高負荷運転である場合に、所定のタイミングのリッチスパイクの空燃比がストイキに制御される。ストイキ燃焼は、多量のＮＯｘが生成される上に、トルクに与える影響が少ない。このため、本発明によれば、高負荷運転の要求を満たしつつ、ＮＳＲ触媒内に多量のＮＯｘを導入することができる。【００２０】
第３の発明によれば、内燃機関が所定の低負荷運転である場合に、リッチスパイク時のガス量が増量される。リッチスパイク時のガス量を増量すると、ＮＳＲ触媒に流入するＮＯｘ量は増量される。また、内燃機関の低負荷時は、リッチスパイク時のガス量を増量したとしても燃費の悪化度は小さい。このため、本発明によれば、燃費の悪化を抑制しつつ、ＮＳＲ触媒内に多量のＮＯｘを導入することができる。【００２１】
第４の発明によれば、内燃機関が所定の高負荷運転である場合であって、ＮＳＲ触媒の床温が所定の温度より高い場合に、リッチスパイク時の点火時期が進角される。リッチスパイク時の点火時期を進角すると、排気ガス温度は低下するものの、安定したトルクの確保が容易となる。このため、本発明によれば、高負荷運転の要求を満たしつつ、ＮＳＲ触媒内に多量のＮＯｘを導入することができる。【００２２】
第５の発明によれば、内燃機関が所定の低負荷運転である場合に、リッチスパイク時の空燃比がスライトリッチに制御される。このため、本発明によれば、排気ガス中のＮＯｘ濃度を高めることができるので、ＮＳＲ触媒におけるＮＨ３生成量を増大させることができる。【００２３】
第６の発明によれば、内燃機関が所定の低負荷運転である場合に、リッチスパイクの実行中のＥＧＲの実行が禁止される。このため、本発明によれば、ＥＧＲの実行によって筒内の燃焼温度が低下することを回避することができるので、ＮＯｘの生成を有効に促進することができる。【００２４】
第７の発明によれば、内燃機関が所定の低負荷運転である場合に、リッチスパイクの実行中のマルチ噴射が実行される。このため、本発明によれば、混合気形成を促進して筒内燃焼温度を上げることができるので、ＮＯｘの生成を有効に促進することができる。【００２５】
第８の発明によれば、ＳＣＲの下流側のＮＯｘ濃度が所定のＮＯｘ濃度よりも低くなった場合に、ＮＯｘ量増加手段の実行が禁止される。このため、本発明によれば、ＳＣＲ内に十分量のＮＨ３が吸蔵されている場合には、不要な制御の実行を抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
【図２】ＳＣＲ１８の床温と該ＳＣＲ１８におけるＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。
【図３】排気空燃比と各触媒で生成されるＮＨ３の濃度との関係を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。【００２８】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施の形態のシステムは、内燃機関（エンジン）１０を備えている。内燃機関１０の排気側には、排気通路１２が連通している。排気通路１２には、三元触媒であるスタート触媒（以下、「ＳＣ」と称する）１４が配置されている。また、排気通路１２におけるＳＣ１４の下流側には、ＮＳＲ触媒（ＮＯｘ吸蔵還元触媒）１６が配置されている。更に、排気通路１２におけるＮＳＲ触媒１６の下流側には、ＮＯｘ選択還元触媒（以下、「ＳＣＲ」と称する）１８が配置されている。【００２９】
内燃機関１０は、空燃比がリッチである場合に、ＨＣおよびＣＯを排出し易い。また、空燃比がリーンである場合にＮＯｘを排出しやすい。ＳＣ１４は、リーン雰囲気では酸素（Ｏ２）を吸着しながらＮＯｘを還元（Ｎ２に浄化）する。他方、リッチ雰囲気では、酸素を放出しながらＨＣおよびＣＯを酸化（Ｈ２Ｏ、ＣＯ２に浄化）する。リッチ雰囲気下では、また、排気ガス中に含まれる窒素が水素と反応することにより、アンモニア（ＮＨ３）が生成される。【００３０】
ＮＳＲ触媒１６は、リーン雰囲気下では、排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵する。また、ＮＳＲ触媒１６は、リッチ雰囲気下で吸蔵しているＮＯｘを放出する。リッチ雰囲気下で放出されたＮＯｘは、ＨＣやＣＯにより還元される。この際、ＳＣ１４の場合と同様に、ＮＳＲ１６においてもＮＨ３が生成される。【００３１】
ＳＣＲ１８は、ＳＣ１４およびＮＳＲ触媒１６が、リッチ雰囲気下で生成するＮＨ３を吸蔵し、リーン雰囲気下では、ＮＨ３を還元剤として、排気ガス中のＮＯｘを選択的に還元する機能を有している。ＳＣＲ１８によれば、ＮＳＲ触媒１６の下流に吹き抜けてきたＮＨ３およびＮＯｘが大気中に放出される事態を有効に阻止することができる。【００３２】
図１に示すシステムは、排気通路１２におけるＳＣ１４の上流側に、空燃比（Ａ／Ｆ）センサ２０を備えている。Ａ／Ｆセンサ２０は、内燃機関１０の排気空燃比を検出することができる。また、図１に示すシステムは、排気通路１２におけるＮＳＲ触媒１６の上流側、且つＳＣ１４の下流側の位置、および、ＮＳＲ触媒１６の下流側、且つＳＣＲ１８の上流側の位置に、酸素（Ｏ２）センサ２２，２４を備えている。Ｏ２センサ２２，２４は、排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を発生するセンサである。更に、排気通路１２におけるＳＣＲ１８の下流側には、ＮＯｘセンサ２６が配置されている。ＮＯｘセンサは、排気ガス中のＮＯｘおよびＮＨ３に反応して、それらの濃度に応じた信号を発生する。このため、ＮＯｘセンサ２６によれば、リッチ雰囲気下ではＳＣＲ１８の下流におけるＮＨ３濃度を、また、リーン雰囲気下では、ＳＣＲ１８の下流におけるＮＯｘ濃度を、それぞれ検知することができる。【００３３】
本実施の形態のシステムは、図１に示すとおり、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)３０を備えている。ＥＣＵ３０の出力部には、燃料噴射装置（図示せず）等の種々のアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ３０の入力部には、上述したＡ／Ｆセンサ２０、Ｏ２センサ２２，２４、およびＮＯｘセンサ２６の他、内燃機関１０の運転条件および運転状態を検出するための種々のセンサ類が接続されている。ＥＣＵ３０は、入力された各種の情報に基づいて、図１に示すシステムの状態を制御することができる。【００３４】
[実施の形態１の動作]
（ＮＳＲ触媒１６の機能および動作）
先ず、ＮＳＲ触媒１６の機能および動作について説明する。ＥＣＵ３０は、通常、内燃機関１０をリーン空燃比で運転（リーン運転）させる。リーン運転中は、ＮＯｘ等の酸化剤がＨＣ、ＣＯ等の還元剤よりも多量に排出される。このため、三元触媒を用いて当該排気ガスを浄化しようとしても、還元剤の不足によって全てのＮＯｘを浄化することができない。そこで、本実施の形態１のシステムは、排気通路１２にＮＳＲ触媒１６を備えることとしている。ＮＳＲ触媒１６は、ＮＯｘをＢａ（ＮＯ３）２等の硝酸塩として吸蔵する機能を有している。このため、本実施の形態１のシステムによれば、リーン運転中であっても、該ＮＯｘが大気中に放出されてしまう事態を効果的に抑制することができる。【００３５】
但し、ＮＳＲ触媒１６のＮＯｘ吸蔵性能は、吸蔵量が増加するにつれて低下してしまう。このため、リーン運転が長時間継続されると、吸蔵されなかったＮＯｘが該触媒下流に吹き抜けてしまう。そこで、本実施の形態１のシステムでは、ＮＳＲ触媒１６に吸蔵されたＮＯｘを定期的に脱離させて処理するリッチスパイク制御が実行される。より具体的には、ＮＳＲ触媒１６の吸蔵性能が低下する所定のタイミングで、内燃機関１０の排気空燃比が一時的にリッチに（例えば、Ａ／Ｆ＝１２）される。リッチスパイク実行中の排気ガスには、ＨＣ、ＣＯ、Ｈ２等の還元剤が多量に含まれている。このため、これらの還元剤がＮＳＲ触媒１６内へ導入されると、硝酸塩として吸蔵されていたＮＯｘは、ＮＯまで還元されて塩基から脱離される。脱離したＮＯｘは、ＮＳＲ触媒１６内の触媒上でＮ２等に浄化されて処理される。このように、リーン運転中にリッチスパイクを実行することにより、ＮＳＲ触媒１６に吸蔵されていたＮＯｘを脱離処理することができるので、ＮＯｘ吸蔵性能を有効に回復させることができる。【００３６】
（ＳＣＲによるＮＯｘ浄化動作）
次に、ＳＣＲ１８の機能について説明する。上述したとおり、リッチスパイクの実行によって、ＮＳＲ触媒１６のＮＯｘ吸蔵性能を有効に回復させることができる。しかしながら、リッチスパイクが実行されると、該ＮＳＲ触媒１６から脱離したＮＯｘの一部が浄化されずにそのまま下流に吹き抜けてしまう。また、上述したとおり、リーン運転中にＮＳＲ触媒１６に吸蔵されずに下流に吹き抜けるＮＯｘも存在する。これらの吹き抜けＮＯｘがそのまま大気中に放出されてしまうとエミッションの悪化を招いてしまう。【００３７】
そこで、本実施の形態１のシステムは、ＮＳＲ触媒１６の下流側に吹き抜けたＮＯｘを処理するためのＳＣＲ１８を備えることとしている。上述したとおり、ＳＣＲ１８は、ＳＣ１４およびＮＳＲ触媒１６が、リッチ雰囲気下で生成するＮＨ３をその内部に吸蔵している。このため、ＳＣＲ１８によれば、ＮＳＲ触媒１６の下流に吹き抜けてきたＮＯｘをＮＨ３で選択的に還元して浄化することができる。これにより、ＮＯｘが大気中に放出されてエミッションが悪化する事態を有効に阻止することができる。【００３８】
尚、本出願の発明者の見解によれば、ＳＣＲ１８の床温を５００℃以下、好ましくは３００℃前後とすることによって、該ＳＣＲ１８における還元反応を活発に行わせることができる。このため、本実施の形態１のシステムでは、ＳＣＲ１８の床温が３００℃前後となるように、その配置が調整されている。これにより、ＳＣＲ１８の下流にＮＯｘが放出される事態を効果的に抑止することができる。【００３９】
[本実施の形態１の特徴的動作]
次に、図２または図３を参照して、本実施の形態の特徴的動作について説明する。上述したとおり、内燃機関１０のリーン運転中にリッチスパイクが実行されると、ＮＳＲ触媒１６に吸蔵されていたＮＯｘがＮ２等に浄化されるとともに、浄化反応の中間生成物としてＮＨ３も生成される。生成されたＮＨ３は、該ＮＳＲ触媒１６の下流に配置されたＳＣＲ１８に吸蔵されて、ＮＯｘの浄化に使用される。【００４０】
ここで、ＳＣＲ１８に吸蔵されていたＮＨ３が不足すると、該ＳＣＲ１８へ吹き抜けてきたＮＯｘを有効に浄化できないことが想定される。本出願の発明者は、この課題を解決するために、ＮＨ３生成のメカニズムについての研究を行った。図２は、ＳＣＲ１８の床温と該ＳＣＲ１８におけるＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。尚、この図における（ａ）は、ＳＣＲ１８の上流側にＮＳＲ触媒１６を配置した場合のＮＯｘ浄化率を、（ｂ）は該ＮＳＲ触媒１６に替えて三元触媒を配置した場合のＮＯｘ浄化率を、それぞれ示している。この図に示すとおり、三元触媒を配置した場合には、ＳＣＲ１８におけるＮＯｘ浄化率が大幅に低下している。この結果から、ＮＨ３の生成量を増加させるためには、ＮＳＲ触媒のように塩基の多い触媒を有効に用いることが望ましいと推測される。【００４１】
また、本出願の発明者は、排気空燃比がＮＨ３生成量に与える影響について鋭意研究を重ねた。図３は、排気空燃比と各触媒で生成されるＮＨ３の濃度との関係を示す図である。尚、この図における（ａ）は、ＮＳＲ触媒におけるＮＨ３濃度を、（ｂ）は三元触媒におけるＮＨ３濃度を、それぞれ示している。【００４２】
この図に示すとおり、ストイキからスライトリッチにかけての空燃比においては、ＮＳＲ触媒だけでなく、塩基の少ない三元触媒においてもＮＨ３が生成されていることが分かる。これは、ストイキガスには、元々多量のＮＯｘが含まれているためと考えられる。この結果から、ＮＨ３の生成量を増加させるためには、ストイキ雰囲気を有効に利用することが望ましいと推測される。【００４３】
このように、ＮＨ３を有効に生成するためには、ストイキ雰囲気を有効に利用して、多量のＮＯｘをＮＳＲ触媒１６に導入することが重要となる。そこで、本実施の形態では、ＳＣＲ１８におけるＮＨ３吸蔵量が不足していると判断された場合に、以下に示す制御を実行して、リッチスパイク時に排気されるガス中に含まれるＮＯｘ量を増加させることとする。【００４４】
（リッチスパイク時のガス量増量制御）
ガス量を増加させると、これに伴いＮＯｘ量も増加する。そこで、本実施の形態１では、リッチスパイク時のガス量を増加させることとする。これにより、多量のＮＯｘをＳＣ１４およびＮＳＲ触媒１６へ導入することができるので、ＮＨ３生成量を有効に増加させることが可能となる。但し、当該制御を実行すると燃料噴射量も増加するため、燃費の悪化が問題となる。そこで、本実施の形態では、内燃機関１０の低負荷時に限定して当該制御を実行することとする。これにより、燃費の悪化を抑制しつつ、ＮＨ３の生成量を有効に増加させることができる。【００４５】
（ストイキスパイク制御）
上述したとおり、ストイキガス中には多量のＮＯｘが含まれている。そこで、本実施の形態１では、所定のタイミングのリッチスパイクについて、空燃比をストイキに制御することとする。これにより、リッチスパイクの間にストイキスパイクが挿入されることとなるので、多量のＮＯｘをＳＣ１４およびＮＳＲ触媒１６へ導入することができる。但し、ＮＨ３の生成量の観点から見ると、当該ストイキスパイク制御よりも上述したガス量増量制御のほうが好ましい。一方で、ストイキスパイク制御は、トルクに与える影響が少ないという利点を有している。そこで、本実施の形態では、内燃機関１０の高負荷時に限定して当該ストイキスパイク制御を実行することとする。これにより、高負荷時の要求トルクを満たしつつ、ＮＨ３の生成量を有効に増加させることができる。【００４６】
［実施の形態１における具体的処理］
次に、図４を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図４は、ＥＣＵ３０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図４に示すルーチンは、内燃機関１０のリーン運転中に繰り返し実行されるものとする。【００４７】
図４に示すルーチンでは、先ず、ＳＣＲ１８においてＮＨ３が不足しているか否かが判定される（ステップ１００）。ここでは、具体的には、ＮＯｘセンサ２６の検出値が所定の濃度（例えば、２ｐｐｍ）より高いか否かが判定される。その結果、検出値＞２ｐｐｍの成立が認められない場合には、ＳＣＲ１８においてＮＨ３が不足していないと判断されて、本ステップが繰り返し実行される。【００４８】
一方、上記ステップ１００において、検出値＞２ｐｐｍの成立が認められた場合には、ＳＣＲ１８の浄化性能が低下していると判断されて、次のステップに移行し、内燃機関１０の運転状態が所定の高負荷運転か否かが判定される（ステップ１０２）。ここでは、具体的には、機関負荷ＫＬ＞６０且つ機関回転数ＮＥ＞２８００ｒｐｍの成立が判定される。その結果、ＫＬ＞６０且つＮＥ＞２８００ｒｐｍの成立が認められた場合には、所定の高負荷運転であると判断されて、次のステップに移行し、ストイキスパイクが実行される（ステップ１０４）。ここでは、具体的には、所定のタイミングのリッチスパイク時の空燃比がストイキに制御される。【００４９】
一方、上記ステップ１０２において、ＫＬ＞６０且つＮＥ＞２８００ｒｐｍの成立が認められない場合には、次のステップに移行し、内燃機関１０の運転状態が所定の低負荷運転か否かが判定される（ステップ１０６）。ここでは、具体的には、機関負荷ＫＬ＜６０且つ機関回転数ＮＥ＜２８００ｒｐｍの成立が判定される。その結果、ＫＬ＜６０且つＮＥ＜２８００ｒｐｍの成立が認められない場合には、上記ステップ１０２へ移行して、再度本ルーチンが実行される。一方、上記ステップ１０６において、ＫＬ＜６０且つＮＥ＜２８００ｒｐｍの成立が認められた場合には、所定の低負荷運転であると判断されて、次のステップに移行し、リッチスパイク時のガス量増量制御が実行される（ステップ１０８）。【００５０】
上記ステップ１０４あるいは１０８の処理が実行されると、次に、ＮＯｘの排出レベルが低下したか否かが判定される（ステップ１１０）。ここでは、具体的には、ＮＯｘセンサ２６の検出値が所定の濃度（例えば、２ｐｐｍ）より低いか否かが判定される。その結果、検出値＜２ｐｐｍの成立が認められない場合には、未だＳＣＲ１８においてＮＨ３が不足していると判断されて、上記ステップ１０２へ移行して、再度本ルーチンが実行される。一方、上記ステップ１１０において検出値＜２ｐｐｍの成立が認められない場合には、ＳＣＲ１８に必要十分なＮＨ３が吸蔵されたと判断されて、本ルーチンは終了される。【００５１】
以上説明したとおり、本実施の形態１のシステムによれば、ＳＣＲ１８においてＮＨ３が不足している場合であって、内燃機関１０が所定の高負荷運転である場合に、ストイキスパイクが実行される。これにより、高負荷の要求トルクを満たしつつ、排気ガス中のＮＯｘ量を増加させることができる。【００５２】
また、本実施の形態１のシステムによれば、ＳＣＲ１８においてＮＨ３が不足している場合であって、内燃機関１０が所定の低負荷運転である場合に、リッチスパイク時のガス量が増量される。これにより、燃費の悪化を抑制しつつ、排気ガス中のＮＯｘ量を増加させることができる。【００５３】
また、本実施の形態１のシステムによれば、ＳＣＲ１８の下流のＮＯｘ濃度が所定値まで低下した場合には、上述したストイキスパイク制御或いはリッチスパイク時のガス量増量制御が禁止される。これにより、不要な制御が実行されて、ドライバビリティや燃費が悪化する事態を有効に回避することができる。【００５４】
ところで、上述した実施の形態１においては、ＳＣＲ１８においてＮＨ３が不足している場合であって、内燃機関１０が所定の低負荷運転である場合に、リッチスパイク時のガス量を増量することとしているが、排気ガス中のＮＯｘ量を増大させる方法はこれに限られない。すなわち、内燃機関１０がＥＧＲ系を備える場合には、上記ガス量増量制御に加えて、或いはこれに替えて、リッチスパイク時にＥＧＲを禁止する制御を実行することとしてもよい。これにより、筒内燃焼温度が低下する事態を抑止することができるので、ＮＯｘの生成を更に促進させることができる。また、内燃機関１０が燃料噴射を複数回に分けて行うことのできるマルチ噴射式のインジェクタを備える場合には、上記ガス量増量制御に加えて、或いはこれに替えて、リッチスパイク時にマルチ噴射を実行することとしてもよい。これにより、混合気形成を促進して筒内燃焼温度を有効に上げることができるので、ＮＯｘの生成を更に促進させることができる。【００５５】
また、上述した実施の形態１では、ＳＣＲ１８においてＮＨ３が不足している場合であって、内燃機関１０が所定の低負荷運転である場合に、リッチスパイク時のガス量を増量することとしているが、実施の形態２において後述するリッチスパイク時のスライトリッチ制御に置換して実行することとしてもよい。【００５６】
尚、上述した実施の形態１においては、ＮＳＲ触媒１６が前記第１の発明における「ＮＳＲ触媒」に、ＳＣＲ１８が前記第１の発明における「ＳＣＲ」に、ＮＯｘセンサ２６が前記第１の発明における「排気ガスセンサ」に、それぞれ相当している。また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ１０４または１０８の処理を実行することにより、前記第１の発明における「ＮＯｘ量増加手段」が実現されている。【００５７】
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより、前記第２の発明における「ストイキスパイク手段」が実現されている。【００５８】
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ１０８の処理を実行することにより、前記第３の発明における「ガス量増加手段」が実現されている。【００５９】
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ１１０の処理を実行することにより、前記第８の発明における「禁止手段」が実現されている。【００６０】
実施の形態２．
［実施の形態２の特徴］
次に、図５を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ３０に後述する図５に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。【００６１】
本実施の形態２では、ＳＣＲ１８におけるＮＨ３吸蔵量が不足していると判断された場合に、上述した実施の形態１とは異なる制御を実行することにより、リッチスパイク時に排気されるガス中に含まれるＮＯｘ量を増加させることとする。以下、各制御の詳細について説明する。【００６２】
（リッチスパイク時の点火時期過進角制御）
点火時期を進角させると、燃焼は安定方向に向かう。このため、内燃機関１０の高負荷運転時であっても比較的安定したトルクを確保し易い。そこで、本実施の形態２では、内燃機関１０の高負荷運転時のリッチスパイクにおいて、点火時期をＭＢＴよりも進角させることとする。これにより、安定したトルクを確保することができるとともに、燃費を悪化させることなく排気ガス中のＮＯｘ量を有効に増加させることができる。但し、点火時期を進角させると、排気ガス温度が低下する。そこで、本実施の形態２では、ＮＳＲ触媒１６が十分に暖機されている場合に限り、当該点火時期過進角制御を実行することとする。これにより、ＮＳＲ触媒１６の活性が低下する事態を効果的に抑止することができる。【００６３】
（リッチスパイク時のスライトリッチ制御）
上述したとおり、ストイキガス中にはリッチガス中よりも多量のＮＯｘが含まれている。そこで、本実施の形態２では、リッチスパイク時の空燃比をスライトリッチ（例えば、Ａ／Ｆ＝１３．５）に制御することとする。これにより、多量のＮＯｘをＳＣ１４およびＮＳＲ触媒１６へ導入することができる。但し、当該制御を高負荷時に実行すると安定したトルクを確保できないおそれがある。そこで、本実施の形態では、内燃機関１０の低負荷時に限定して当該制御を実行することとする。これにより、ドライバビリティが悪化する事態を抑止しつつ、ＮＨ３の生成量を有効に増加させることができる。【００６４】
［実施の形態２における具体的処理］
次に、図５を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図５は、ＥＣＵ３０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図５に示すルーチンは、内燃機関１０のリーン運転中に繰り返し実行されるものとする。【００６５】
図５に示すルーチンでは、先ず、ＳＣＲ１８においてＮＨ３が不足しているか否かが判定される（ステップ２００）。ここでは、具体的には、上記ステップ１００と同様の処理が実行される。その結果、検出値＞２ｐｐｍの成立が認められない場合には、ＳＣＲ１８においてＮＨ３が不足していないと判断されて、本ステップが繰り返し実行される。【００６６】
一方、上記ステップ２００において、検出値＞２ｐｐｍの成立が認められた場合には、ＳＣＲ１８の浄化性能が低下していると判断されて、次のステップに移行し、内燃機関１０の運転状態が所定の高負荷運転か否かが判定される（ステップ２０２）。ここでは、具体的には、上記ステップ１０２と同様の処理が実行される。その結果、ＫＬ＞６０且つＮＥ＞２８００ｒｐｍの成立が認められた場合には、所定の高負荷運転であると判断されて、次のステップに移行し、ＮＳＲ触媒１６の暖機が完了しているか否かが判定される（ステップ２０４）。ここでは、ＮＳＲ触媒１６の床温ＴＮＳＲが暖機完了を判定するための所定温度（例えば、３５０℃）に達しているか否かが判定される。その結果、床温ＴＮＳＲ＞３５０℃の成立が認められない場合には、後述する点火時期過進角制御を実行すると該ＮＳＲ触媒１６の活性が低下すると判断されて、上記ステップ２０２から再度本ルーチンが実行される。【００６７】
一方、上記ステップ２０４において、床温ＴＮＳＲ＞３５０℃の成立が認められた場合には、次のステップに移行し、点火時期過進角制御が実行される（ステップ２０６）。ここでは、具体的には、リッチスパイク時の点火時期がＭＢＴよりも進角側に制御される。【００６８】
また、上記ステップ２０２において、ＫＬ＞６０且つＮＥ＞２８００ｒｐｍの成立が認められない場合には、次のステップに移行し、内燃機関１０の運転状態が所定の低負荷運転か否かが判定される（ステップ２０８）。ここでは、具体的には、上記ステップ１０６と同様の処理が実行される。その結果、ＫＬ＜６０且つＮＥ＜２８００ｒｐｍの成立が認められない場合には、上記ステップ２０２へ移行して、再度本ルーチンが実行される。一方、上記ステップ２０８において、ＫＬ＜６０且つＮＥ＜２８００ｒｐｍの成立が認められた場合には、所定の低負荷運転であると判断されて、次のステップに移行し、リッチスパイク時のスライトリッチ制御が実行される（ステップ２１０）。ここでは、具体的には、リッチスパイク時の空燃比が、スライトリッチ（Ａ／Ｆ＝１３．５）に制御される。【００６９】
上記ステップ２０６あるいは２１０の処理が実行されると、次に、ＮＯｘの排出レベルが低下したか否かが判定される（ステップ２１２）。ここでは、具体的には、上記ステップ１１０と同様の処理が実行される。その結果、検出値＜２ｐｐｍの成立が認められない場合には、未だＳＣＲ１８においてＮＨ３が不足していると判断されて、上記ステップ２０２へ移行して、再度本ルーチンが実行される。一方、上記ステップ２１２において検出値＜２ｐｐｍの成立が認められない場合には、ＳＣＲ１８に必要十分なＮＨ３が吸蔵されていると判断されて、本ルーチンは終了される。【００７０】
以上説明したとおり、本実施の形態２のシステムによれば、ＳＣＲ１８においてＮＨ３が不足している場合であって、内燃機関１０が所定の高負荷運転であり、且つ、ＮＳＲ触媒１６が完全に暖機している場合に、点火時期の過進角制御が実行される。これにより、高負荷の要求トルクを満たしつつ、排気ガス中のＮＯｘ量を増加させることができる。【００７１】
また、本実施の形態２のシステムによれば、ＳＣＲ１８においてＮＨ３が不足している場合であって、内燃機関１０が所定の低負荷運転である場合に、リッチスパイク時の空燃比がスライトリッチに制御される。これにより、ドライバビリティの悪化を抑制しつつ、排気ガス中のＮＯｘ量を増加させることができる。【００７２】
また、本実施の形態２のシステムによれば、ＳＣＲ１８の下流のＮＯｘ濃度が所定値まで低下した場合には、上述した点火時期の過進角制御或いはスライトリッチ制御が禁止される。これにより、不要な制御が実行されて、ドライバビリティや燃費が悪化する事態を有効に回避することができる。【００７３】
ところで、上述した実施の形態２においては、ＳＣＲ１８においてＮＨ３が不足している場合であって、内燃機関１０が所定の低負荷運転である場合に、リッチスパイク時の空燃比をスライトリッチに制御することとしているが、排気ガス中のＮＯｘ量を増大させる方法はこれに限られない。すなわち、内燃機関１０がＥＧＲ系を備える場合には、上記スライトリッチ制御に加えて、或いはこれに替えて、リッチスパイク時にＥＧＲを禁止する制御を実行することとしてもよい。これにより、筒内燃焼温度が低下する事態を抑止することができるので、ＮＯｘの生成を更に促進させることができる。また、内燃機関１０が燃料噴射を複数回に分けて行うことのできるマルチ噴射式のインジェクタを備える場合には、上記スライトリッチ制御に加えて、或いはこれに替えて、リッチスパイク時にマルチ噴射を実行することとしてもよい。これにより、混合気形成を促進して筒内燃焼温度を有効に上げることができるので、ＮＯｘの生成を更に促進させることができる。【００７４】
また、上述した実施の形態２では、ＳＣＲ１８においてＮＨ３が不足している場合であって、内燃機関１０が所定の低負荷運転である場合に、リッチスパイク時の空燃比をスライトリッチに制御することとしているが、上述した実施の形態１におけるリッチスパイク時のガス量増量制御に置換して実行することとしてもよい。【００７５】
尚、上述した実施の形態２においては、ＮＳＲ触媒１６が前記第１の発明における「ＮＳＲ触媒」に、ＳＣＲ１８が前記第１の発明における「ＳＣＲ」に、ＮＯｘセンサ２６が前記第１の発明における「排気ガスセンサ」に、それぞれ相当している。また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ１０４または１０８の処理を実行することにより、前記第１の発明における「ＮＯｘ量増加手段」が実現されている。【００７６】
また、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ２０６の処理を実行することにより、前記第４の発明における「点火時期進角手段」が実現されている。【００７７】
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ２１０の処理を実行することにより、前記第５の発明における「スライトリッチ手段」が実現されている。【００７８】
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ２１２の処理を実行することにより、前記第８の発明における「禁止手段」が実現されている。
【符号の説明】
【００７９】
１０  内燃機関（エンジン）
１２  排気通路
１４  スタート触媒（ＳＣ）
１６  ＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ触媒）
１８  ＮＯｘ選択還元触媒（ＳＣＲ）
２０  Ａ／Ｆセンサ
２２  Ｏ２センサ
２４  Ｏ２センサ
２６  ＮＯｘセンサ
３０  ＥＣＵ（Electronic Control Unit）
【図１】
2011061820.tif 000003
【図２】
2011061820.tif 000004
【図３】
2011061820.tif 000005
【図４】
2011061820.tif 000006
【図５】
2011061820.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成22年6月25日(2010.6.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リーンバーン運転が可能な内燃機関の排気浄化システムであって、
前記内燃機関の排気通路に配置されたＮＯｘ吸蔵還元触媒（以下、ＮＳＲ触媒）と、
前記ＮＳＲ触媒の下流に配置されたＮＯｘ選択還元触媒（以下、ＳＣＲ）と、
前記ＳＣＲの下流に配置され、ＮＯｘ濃度に応じた出力を発する排気ガスセンサと、
リーンバーン運転中の所定のタイミングでリッチスパイクを実行するリッチスパイク手段と、
前記排気ガスセンサが所定のＮＯｘ濃度より高い出力特性を発した場合に、前記リッチスパイク時の排気ガスに含まれるＮＯｘ量を増加させるＮＯｘ量増加手段と、を備え、
前記ＮＯｘ量増加手段は、
前記内燃機関が所定の低負荷運転である場合に、前記リッチスパイク時のガス量を増加させるガス量増加手段を含むことを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２】
前記ＮＯｘ量増加手段は、
前記内燃機関が所定の高負荷運転である場合に、所定のタイミングの前記リッチスパイク時の空燃比をストイキに制御するストイキスパイク手段を含むことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
前記内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御手段と、
前記ＮＳＲ触媒の床温を取得する床温取得手段と、を更に備え、
前記ＮＯｘ量増加手段は、
前記内燃機関が所定の高負荷運転であり、且つ、前記ＮＳＲ触媒の床温が所定の温度より高い場合に、前記リッチスパイク時の前記点火時期をＭＢＴよりも進角させる点火時期進角手段を含むことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項５】
前記ＮＯｘ量増加手段は、
前記内燃機関が所定の低負荷運転である場合に、前記リッチスパイク時の空燃比をスライトリッチに制御するスライトリッチ手段を含むことを特徴とする請求項１、２、および４の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項６】
前記排気通路の排気ガスの一部を前記内燃機関の吸気通路へ還流させるＥＧＲ手段を更に備え、
前記ＮＯｘ量増加手段は、
前記内燃機関が所定の低負荷運転であり、且つ、前記リッチスパイクの実行中に、前記ＥＧＲ手段の実行を禁止する手段を含むことを特徴とする請求項１、２、４、および５の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項７】
１行程中の燃料噴射を複数回に分けて行うマルチ噴射手段を更に備え、
前記ＮＯｘ量増加手段は、
前記内燃機関が所定の低負荷運転であり、且つ、前記リッチスパイクの実行中に、前記マルチ噴射手段を実行する手段を含むことを特徴とする請求項１、２、および４乃至６の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項８】
前記排気ガスセンサが所定のＮＯｘ濃度より低い出力特性を発した場合に、前記ＮＯｘ量増加手段の実行を禁止する禁止手段を更に備えることを特徴とする請求項１、２、および４乃至７の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化システム。
【手続補正書】
【提出日】平成24年3月7日(2012.3.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リーンバーン運転が可能な内燃機関の排気浄化システムであって、
前記内燃機関の排気通路に配置されたＮＯｘ吸蔵還元触媒（以下、ＮＳＲ触媒）と、
前記ＮＳＲ触媒の下流に配置されたＮＯｘ選択還元触媒（以下、ＳＣＲ）と、
前記ＳＣＲの下流に配置され、ＮＯｘ濃度に応じた出力を発する排気ガスセンサと、
リーンバーン運転中の所定のタイミングでリッチスパイクを実行するリッチスパイク手段と、
前記排気ガスセンサが所定のＮＯｘ濃度より高い出力特性を発した場合に、前記リッチスパイク時の排気ガスに含まれるＮＯｘ量を増加させるＮＯｘ量増加手段と、を備え、
前記ＮＯｘ量増加手段は、
前記内燃機関が所定の低負荷運転である場合に、前記リッチスパイク時のガス量を増加させるガス量増加手段を含むことを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２】
前記ＮＯｘ量増加手段は、
前記内燃機関が所定の高負荷運転である場合に、所定のタイミングの前記リッチスパイク時の空燃比をストイキに制御するストイキスパイク手段を含むことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３】
前記内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御手段と、
前記ＮＳＲ触媒の床温を取得する床温取得手段と、を更に備え、
前記ＮＯｘ量増加手段は、
前記内燃機関が所定の高負荷運転であり、且つ、前記ＮＳＲ触媒の床温が所定の温度より高い場合に、前記リッチスパイク時の前記点火時期をＭＢＴよりも進角させる点火時期進角手段を含むことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４】
前記ＮＯｘ量増加手段は、
前記内燃機関が所定の低負荷運転である場合に、前記リッチスパイク時の空燃比をスライトリッチに制御するスライトリッチ手段を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項５】
前記排気通路の排気ガスの一部を前記内燃機関の吸気通路へ還流させるＥＧＲ手段を更に備え、
前記ＮＯｘ量増加手段は、
前記内燃機関が所定の低負荷運転であり、且つ、前記リッチスパイクの実行中に、前記ＥＧＲ手段の実行を禁止する手段を含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項６】
１行程中の燃料噴射を複数回に分けて行うマルチ噴射手段を更に備え、
前記ＮＯｘ量増加手段は、
前記内燃機関が所定の低負荷運転であり、且つ、前記リッチスパイクの実行中に、前記マルチ噴射手段を実行する手段を含むことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項７】
前記排気ガスセンサが所定のＮＯｘ濃度より低い出力特性を発した場合に、前記ＮＯｘ量増加手段の実行を禁止する禁止手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、リーンバーン運転が可能な内燃機関の排気浄化システムであって、
前記内燃機関の排気通路に配置されたＮＯｘ吸蔵還元触媒（以下、ＮＳＲ触媒）と、
前記ＮＳＲ触媒の下流に配置されたＮＯｘ選択還元触媒（以下、ＳＣＲ）と、
前記ＳＣＲの下流に配置され、ＮＯｘ濃度に応じた出力を発する排気ガスセンサと、
リーンバーン運転中の所定のタイミングでリッチスパイクを実行するリッチスパイク手段と、
前記排気ガスセンサが所定のＮＯｘ濃度より高い出力特性を発した場合に、前記リッチスパイク時の排気ガスに含まれるＮＯｘ量を増加させるＮＯｘ量増加手段と、を備え、
前記ＮＯｘ量増加手段は、
前記内燃機関が所定の低負荷運転である場合に、前記リッチスパイク時のガス量を増加させるガス量増加手段を含むことを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御手段と、
前記ＮＳＲ触媒の床温を取得する床温取得手段と、を更に備え、
前記ＮＯｘ量増加手段は、
前記内燃機関が所定の高負荷運転であり、且つ、前記ＮＳＲ触媒の床温が所定の温度より高い場合に、前記リッチスパイク時の前記点火時期をＭＢＴよりも進角させる点火時期進角手段を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化システム。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
また、第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記ＮＯｘ量増加手段は、
前記内燃機関が所定の低負荷運転である場合に、前記リッチスパイク時の空燃比をスライトリッチに制御するスライトリッチ手段を含むことを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
また、第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、
前記排気通路の排気ガスの一部を前記内燃機関の吸気通路へ還流させるＥＧＲ手段を更に備え、
前記ＮＯｘ量増加手段は、
前記内燃機関が所定の低負荷運転であり、且つ、前記リッチスパイクの実行中に、前記ＥＧＲ手段の実行を禁止する手段を含むことを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
また、第６の発明は、第１乃至第５の何れか１つの発明において、
１行程中の燃料噴射を複数回に分けて行うマルチ噴射手段を更に備え、
前記ＮＯｘ量増加手段は、
前記内燃機関が所定の低負荷運転であり、且つ、前記リッチスパイクの実行中に、前記マルチ噴射手段を実行する手段を含むことを特徴とする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
また、第７の発明は、第１乃至第６の何れか１つの発明において、
前記排気ガスセンサが所定のＮＯｘ濃度より低い出力特性を発した場合に、前記ＮＯｘ量増加手段の実行を禁止する禁止手段を更に備えることを特徴とする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
第１の発明によれば、ＳＣＲの下流側のＮＯｘ濃度が所定のＮＯｘ濃度よりも高い場合に、リッチスパイク時の排気ガスに含まれるＮＯｘ量が増量される。リッチスパイク時に触媒に流入するＮＯｘ量が多量であるほど、該触媒において多量のＮＨ３が生成され易い。このため、本発明によれば、ＳＣＲにおいてＮＨ３が不足している場合に、多量のＮＨ３をＳＣＲに供給することができるので、ＳＣＲにおけるＮＨ３不足によるＮＯｘエミッションの悪化を効果的に抑制することができる。
また、第１の発明によれば、内燃機関が所定の低負荷運転である場合に、リッチスパイク時のガス量が増量される。リッチスパイク時のガス量を増量すると、ＮＳＲ触媒に流入するＮＯｘ量は増量される。また、内燃機関の低負荷時は、リッチスパイク時のガス量を増量したとしても燃費の悪化度は小さい。このため、本発明によれば、燃費の悪化を抑制しつつ、ＮＳＲ触媒内に多量のＮＯｘを導入することができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
第３の発明によれば、内燃機関が所定の高負荷運転である場合であって、ＮＳＲ触媒の床温が所定の温度より高い場合に、リッチスパイク時の点火時期が進角される。リッチスパイク時の点火時期を進角すると、排気ガス温度は低下するものの、安定したトルクの確保が容易となる。このため、本発明によれば、高負荷運転の要求を満たしつつ、ＮＳＲ触媒内に多量のＮＯｘを導入することができる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
第４の発明によれば、内燃機関が所定の低負荷運転である場合に、リッチスパイク時の空燃比がスライトリッチに制御される。このため、本発明によれば、排気ガス中のＮＯｘ濃度を高めることができるので、ＮＳＲ触媒におけるＮＨ３生成量を増大させることができる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
第５の発明によれば、内燃機関が所定の低負荷運転である場合に、リッチスパイクの実行中のＥＧＲの実行が禁止される。このため、本発明によれば、ＥＧＲの実行によって筒内の燃焼温度が低下することを回避することができるので、ＮＯｘの生成を有効に促進することができる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
第６の発明によれば、内燃機関が所定の低負荷運転である場合に、リッチスパイクの実行中のマルチ噴射が実行される。このため、本発明によれば、混合気形成を促進して筒内燃焼温度を上げることができるので、ＮＯｘの生成を有効に促進することができる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
第７の発明によれば、ＳＣＲの下流側のＮＯｘ濃度が所定のＮＯｘ濃度よりも低くなった場合に、ＮＯｘ量増加手段の実行が禁止される。このため、本発明によれば、ＳＣＲ内に十分量のＮＨ３が吸蔵されている場合には、不要な制御の実行を抑止することができる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
上記ステップ１０４あるいは１０８の処理が実行されると、次に、ＮＯｘの排出レベルが低下したか否かが判定される（ステップ１１０）。ここでは、具体的には、ＮＯｘセンサ２６の検出値が所定の濃度（例えば、２ｐｐｍ）より低いか否かが判定される。その結果、検出値＜２ｐｐｍの成立が認められない場合には、未だＳＣＲ１８においてＮＨ３が不足していると判断されて、上記ステップ１０２へ移行して、再度本ルーチンが実行される。一方、上記ステップ１１０において検出値＜２ｐｐｍの成立が認められた場合には、ＳＣＲ１８に必要十分なＮＨ３が吸蔵されたと判断されて、本ルーチンは終了される。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ１０８の処理を実行することにより、前記第１の発明における「ガス量増加手段」が実現されている。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ１１０の処理を実行することにより、前記第７の発明における「禁止手段」が実現されている。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
上記ステップ２０６あるいは２１０の処理が実行されると、次に、ＮＯｘの排出レベルが低下したか否かが判定される（ステップ２１２）。ここでは、具体的には、上記ステップ１１０と同様の処理が実行される。その結果、検出値＜２ｐｐｍの成立が認められない場合には、未だＳＣＲ１８においてＮＨ３が不足していると判断されて、上記ステップ２０２へ移行して、再度本ルーチンが実行される。一方、上記ステップ２１２において検出値＜２ｐｐｍの成立が認められた場合には、ＳＣＲ１８に必要十分なＮＨ３が吸蔵されていると判断されて、本ルーチンは終了される。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
尚、上述した実施の形態２においては、ＮＳＲ触媒１６が前記第１の発明における「ＮＳＲ触媒」に、ＳＣＲ１８が前記第１の発明における「ＳＣＲ」に、ＮＯｘセンサ２６が前記第１の発明における「排気ガスセンサ」に、それぞれ相当している。また、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ２０６または２１０の処理を実行することにより、前記第１の発明における「ＮＯｘ量増加手段」が実現されている。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７６】
また、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ２０６の処理を実行することにより、前記第３の発明における「点火時期進角手段」が実現されている。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７７】
また、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ２１０の処理を実行することにより、前記第４の発明における「スライトリッチ手段」が実現されている。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７８】
また、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ２１２の処理を実行することにより、前記第７の発明における「禁止手段」が実現されている。
【国際調査報告】
2011061820.tif 000008
2011061820.tif 000009
2011061820.tif 000010
2011061820.tif 000011